[发明专利]基于GaN材料的垂直结构四色LED芯片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于GaN材料的垂直结构四色LED芯片及其制备方法，该制备方法包括：(a)在蓝宝石衬底上制作蓝光外延层；蓝光外延层包括GaN材料；(b)在蓝光外延层中分别制作红光外延层、绿光外延层及黄光外延层；红光外延层、绿光外延层及黄光外延层均包括GaN材料；(c)在蓝光外延层、红光外延层、绿光外延层及黄光外延层上表面制作第一电极；(d)在第一电极表面制作反光层；(e)在反光层表面键合导电衬底；(f)去除蓝宝石衬底，在蓝光外延层、红光外延层、绿光外延层及黄光外延层下表面制作第二电极。本发明提供的基于GaN材料的垂直结构四色LED芯片，在单芯片能产生四种颜色的光，在后续进行封装时可以减少荧光粉的用量；此外，该制备工艺相对简单，可行性高。

技术领域

本发明涉及半导体器件设计及制造领域，特别涉及一种基于GaN材料的垂直结构四色LED芯片及其制备方法。

背景技术

由于具有发光效率高、耗电量小、使用寿命长及工作温度低等特点，LED越来越普遍地用在照明领域。LED是通过发光芯片配合荧光粉发出用户需要的各种颜色的光。

现有技术中，每个单独发光芯片只能发出单色的光，若需合成其他颜色的光就需要将不同颜色的发光芯片混合在一起，并填充大量的荧光粉，这样就存在可靠性差、封装难度大的问题。此外，由于荧光粉胶层中存在大量离散分布的荧光粉颗粒，光线入射到荧光粉胶层中会出现强烈的散射现象。这种散射一方面强化了荧光粉胶层对光线的吸收作用，另一方面也导致大量光线被反射，即透射过荧光粉层的光线会显著减少。

因此，如何设计出一种新型的LED芯片就变得极其重要。

发明内容

为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种基于GaN材料的垂直结构四色LED芯片。

本发明的一个实施例提供了一种基于GaN材料的垂直结构四色LED芯片的制备方法，包括：

(a)在蓝宝石衬底上制作蓝光外延层；所述蓝光外延层包括GaN材料；

(b)在所述蓝光外延层中分别制作红光外延层、绿光外延层及黄光外延层；所述红光外延层、所述绿光外延层及所述黄光外延层均包括GaN材料；

(c)在所述蓝光外延层、所述红光外延层、所述绿光外延层及所述黄光外延层上表面制作第一电极；

(d)在所述第一电极表面制作反光层；

(e)在所述反光层表面键合导电衬底；

(f)去除所述蓝宝石衬底，在所述蓝光外延层、所述红光外延层、所述绿光外延层及所述黄光外延层下表面制作第二电极。

在本发明的一个实施例中，步骤(a)包括：

(a1)在所述蓝宝石衬底上生长厚度为3000～5000nm的N型GaN材料作为第一缓冲层；

(a2)在所述第一缓冲层上生长厚度为500～1500nm的N型GaN材料作为第一稳定层；

(a3)在所述第一稳定层上生长厚度为200～1000nm的N型GaN材料作为第一过渡层；

(a4)在所述第一过渡层上生长由第一InGaN量子阱和第一GaN势垒形成的第一多重结构作为第一有源层；其中，第一InGaN量子阱中In含量为10～20％；

(a5)在所述第一有源层上生长厚度为10～40nm的P型AlGaN材料作为第一阻挡层；

(a6)在所述第一阻挡层上生长厚度为100～300nm的P型GaN材料作为第一接触层。

在本发明的一个实施例中，所述第一多重结构中第一InGaN量子阱和第一GaN势垒交替层叠的周期为8～30。

在本发明的一个实施例中，步骤(b)包括：